Optimaal ontwerpen van hydronische verwarmingsinstallaties

Transcriptie

1 Session B3 Ventilation and heating with guaranteed quality Optimaal ontwerpen van hydronische verwarmingsinstallaties Dr. ing. Roel Vandenbulcke Universiteit Antwerpen, HYSOPT

2 1. Van constant naar variabel debiet B C A X D

3 1. Van constant naar variabel debiet B C A X System Boiler Collector Riser X Constant Hybrid Constant A Constant Variable Hybrid B Constant Hybrid Hybrid C Hybrid Hybrid Hybrid D Variable Variable Variable D

4 1. Van constant naar variabel debiet B A Hybrid C X Constant D Variable

5 2. Simulatie cases Appartementsgebouw 32 appartementen 4 verdiepingen 5184 m 2 compactheid: 3,6 K-peil: 45 Ugemiddeld : 0,84 W/(m 2 K) warmteverlies 20 C -10 C: 109 kw geïnstalleerd vermogen: 120 kw

6 2. Simulatie cases Leidingnet N N E E W S W S WNES Vertakt leidingnet

7 2. Simulatie cases Leidingnet: ontwerp 3 North East South West equivalent radiatoren 75/65/20 C overdimensionering: 10% vermogen: 120 kw netwerk 100 Pa/m βkleppen naregeling 0,3 βkleppen voorregeling 0,5 perfecte hydraulische balans Vertakt leidingnet

8 2. Simulatie cases SysteemX 75 C Tketel 20 C C Tbuiten REGELING HYDRONISCHE CONFIGURATIE DEBIET verbinding ketel/collector keteltemperatuur voorregeling naregeling voorregeling Ketel collector endunits X vraaggestuurd stooklijn - evenwichtsfles menging C te Hybr. C te A C te 75 C stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Var. Hybr. B vraaggestuurd stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Hybr. Hybr. C vraaggestuurd stooklijn PI, klok direct menging Hybr. Hybr. Hybr. D C te 75 C - PI, klok direct - Var. Var. Var.

9 2. Simulatie cases SysteemA REGELING HYDRONISCHE CONFIGURATIE DEBIET verbinding ketel/collector keteltemperatuur voorregeling naregeling voorregeling Ketel collector endunits X vraaggestuurd stooklijn - evenwichtsfles menging C te Hybr. C te A C te 75 C stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Var. Hybr. B vraaggestuurd stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Hybr. Hybr. C vraaggestuurd stooklijn PI, klok direct menging Hybr. Hybr. Hybr. D C te 75 C - PI, klok direct - Var. Var. Var.

10 2. Simulatie cases SysteemB REGELING HYDRONISCHE CONFIGURATIE DEBIET verbinding ketel/collector keteltemperatuur voorregeling naregeling voorregeling Ketel collector endunits X vraaggestuurd stooklijn - evenwichtsfles menging C te Hybr. C te A C te 75 C stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Var. Hybr. B vraaggestuurd stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Hybr. Hybr. C vraaggestuurd stooklijn PI, klok direct menging Hybr. Hybr. Hybr. D C te 75 C - PI, klok direct - Var. Var. Var.

11 2. Simulatie cases SysteemC Minimum keteldebiet!!! REGELING HYDRONISCHE CONFIGURATIE DEBIET verbinding ketel/collector keteltemperatuur voorregeling naregeling voorregeling Ketel collector endunits X vraaggestuurd stooklijn - evenwichtsfles menging C te Hybr. C te A C te 75 C stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Var. Hybr. B vraaggestuurd stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Hybr. Hybr. C vraaggestuurd stooklijn PI, klok direct menging Hybr. Hybr. Hybr. D C te 75 C - PI, klok direct - Var. Var. Var.

12 2. Simulatie cases SysteemD REGELING HYDRONISCHE CONFIGURATIE DEBIET verbinding ketel/collector keteltemperatuur voorregeling naregeling voorregeling Ketel collector endunits X vraaggestuurd stooklijn - evenwichtsfles menging C te Hybr. C te A C te 75 C stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Var. Hybr. B vraaggestuurd stooklijn PI, klok evenwichtsfles menging C te Hybr. Hybr. C vraaggestuurd stooklijn PI, klok direct menging Hybr. Hybr. Hybr. D C te 75 C - PI, klok direct - Var. Var. Var.

13 2. Simulatie cases Simulatie& Analyse Simulatie: Thermisch (warmte-afgifte, gebouw, ) Hydraulisch netwerk (druk, debiet) Regeling (stooklijn, PI, actuatoren, ) 1 jan 31 jan ; stepsize: 2 min Analyse: Productierendement condensatieketel Energieverbruik pompen Comfort, Pareto comfort energie Investering, LCC

14 3. Rendement condensatieketel Retourtemperatuur VERDELEN MENGEN SMOREN

15 3. Rendement condensatieketel Retourtemperatuur

16 3. Rendement condensatieketel Retourtemperatuur Vketel Vcollector X A B C D

17 3. Rendement condensatieketel Retourtemperatuur 75 C Variable flow 100% 65 C 40 C Hybrid flow 100% 30 C Tijdelijk verhoogde retourtemperatuur tijdens het opwarmen in systeem D.

18 3. Rendement condensatieketel Rendement ηketel = f (Tretour ; P% ; debiet )

19 3. Rendement condensatieketel Rendement Beperkte invloed v.d. aanvoertemperatuur

20 3. Rendement condensatieketel Gemiddeld rendement

21 4. Energieverbruik pompen Simulatiemodel Wilo stratos 25/1-8 P = f(flow,h) P flow h

22 4. Energieverbruik pompen Elektrisch vermogen

23 4. Energieverbruik pompen Elektrisch vermogen Geen primaire pomp in C en D!

24 4. Energieverbruik pompen Elektriciteitsverbruik

25 4. Energieverbruik pompen Elektriciteitsverbruik

26 5. Thermisch comfort Gedrag ruimtetemperatuur

27 5. Thermisch comfort Gedrag ruimtetemperatuur

28 5. Thermisch comfort Gedrag ruimtetemperatuur

29 5. Thermisch comfort Pareto Constant Hybrid Variable

30 6. Full variable flow hydronics! lekdebiet en distributieverlies VDI ,7% + % van totaal geproduceerd 7,2%

31 6. Full variable flow hydronics! Hydraulische interactiviteit

32 6. Full variable flow hydronics! Regelbereik thermisch vermogen Variable flow Hybrid flow

33 7. Economische analyse Investering

34 7. Economische analyse Life Cycle Cost

35 8. Conclusies 1. De hydronische configuratie en regelstrategie hebben een grote invloed op het comfort en het energieverbruik. 2. Installaties met evenwichtsfles hebben een lager productierendement en hoger pompverbruik. 3. Full Variable Flow (systeem D) resulteert in de laagste energiekosten: Hoogste ketelrendement Minste pompenergie 4. Full Variable Flow heeft de laagste LCC Life Cycle Cost. 5. Full Variable Flow geeft het beste comfort en geeft het beste Pareto evenwicht.

36 8. Conclusies 6. Full Variable Flow gaat gepaard met grote debiet- en drukvariaties in het hele netwerk. Hydraulische balans en correct hydronisch ontwerp is zeer belangrijk. 7. Specifieke aandachtspunten: Minimum keteldebiet Regelbereik en lekdebiet van kleppen Distributieverliezen isolatie 8. Voorgaande analyses gaan uit van perfecte hydraulische balans en perfecte commissioning. besparingen in reële situaties worden groter ingeschat.

37 8. Conclusies HC3 Verbeterd regelrendementdoor naregeling Hydronische configuratie+ regelstrategie

38 9. Ontwerpen in de toekomst Base Circuit Methodology BCM library - production control techniques heat exchangers production connections - distribution circuits + weather data

39 9. Ontwerpen in de toekomst Hydronic System Optimisation

40 9. Ontwerpen in de toekomst Hydronic System Optimisation